关键词：AD理论;;可拓学;;设计理论;;农业机械;;概念设计
摘 要：目前我国的农业机械设计在概念设计阶段仍缺乏有效的理论支撑,导致创新设计能力仍有不足,为了提高我国农业机械设计水平,需要形成一套普遍适用的设计理论方法体系,指导面向功能需求的正向概念设计,为农机设计提供理论依据。针对“在不依赖现有设计方案的情况下如何进行农业机械概念方案设计”、“在进行概念方案设计时应遵循哪些步骤”、“在每一步骤中要考虑哪些内容,如何考虑”、“如何引导创新型的概念设计”等问题,本文提出了一套基于AD理论与可拓学的设计体系 MAE(Integrated methodology based on Axiomatic Design and Extenics),从功能分析入手进行概念方案设计,将抽象、无序的思维有序化、结构化、程式化,同时引导方案的发散,使设计者在IMAE体系的引导下能够较为顺利地完成多方案创新型的农业机械概念设计。(1)基于目前农业机械的设计现状以及设计理论的研究现状,本文选择了目前应用最为广泛,能够简化设计过程的AD理论作为农业机械设计理论的基础。同时,为了解决AD理论因其较强的普适性而导致的实际指导作用不强的问题,引入能够对事物进行有效描述且具有一系列创新方法的可拓学理论,与AD理论互补完善。在此基础上,分析了建立农业机械设计理论体系所面临的主要问题及解决方案,确定了本文的研究内容和技术路线。(2)针对处于“土壤-机器-植物”环境中的农业机械的特点,分析了农业机械设计需求的主要影响因素,建立了农业机械的用户需求模型,并从动态发展的角度出发,应用TRIZ理论的需求进化理论以及技术进化理论分别对农民用户需求和农业机械技术的进化方向进行了分析,作为农业机械设计宏观方向上的基本依据。(3)对AD理论与可拓学进行了深层次的分析,研究了二者的融合机制并建立了相应的数学描述模型。应用可拓学中的事元模型、物元模型和关系元模型分别针对AD理论中的功能需求、设计参数和耦合问题进行了详细建模,解决了AD理论“域”中元素和稱合问题缺乏统一而详细的表达的问题,并基于上述表达方式,建立了从功能域到物理域映射过程的基元模型。(4)基于AD理论与可拓学的融合模型,研究了基于可拓学“求行问题”的初始概念设计方案求解方法,完善了由功能域到物理域的映射分解流程与方法。解决了设计矩阵元素的独立性判断困难、域间映射分解困难、设计方案不够发散等问题,建立了用于指导设计流程的DPAE(Design Process based on Axiomatic Design and Extenics)设计体系。(5)针对AD理论中耦合问题难以描述、缺乏具体的解耦方法等问题,建立了用于解耦的DMAE(Decoupling Method based on Axiomatic Design and Extenics)体系。以 AD 理论关于解稱问题的三项定理作为指导方向,结合可拓学基元理论和创新方法体系,对每一项定理下的解耦过程进行了详细建模,构建了三种耦合方式下的解耦模型。(6)DPAE体系与DMAE体系共同构成了面向功能需求的正向概念设计理论体系,即“IMAE体系”,作为农业机械设计的指导体系。为了验证该体系的可行性和对设计的指导意义,以一种小型蔬菜田间作业动力机械的设计作为实例进行说明,并基于体系的理论框架开发了相应的IMAE计算机辅助设计平台。
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